磁共振掃描和圖像重建方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁共振掃描和圖像重建方法及其裝置，包括以下步驟：使病人保持靜止，全采集K空間每一層面的一個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)作為全采集區(qū)域數(shù)據(jù)；使病人自由呼吸，采集若干層面的自由采集K空間數(shù)據(jù)；將各層面自由采集K空間數(shù)據(jù)相加作為K0空間數(shù)據(jù)，將K0空間數(shù)據(jù)作為迭代計(jì)算的初始數(shù)據(jù)；通過迭代計(jì)算從所述K0空間數(shù)據(jù)中分離出各個(gè)層面對(duì)應(yīng)的相位編碼線數(shù)據(jù)，獲得最終的各層面的K空間數(shù)據(jù)；將所述各層面的K空間數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，得到各層面的磁共振圖像。通過本發(fā)明提出的方法，可以校正層面間的運(yùn)動(dòng)對(duì)磁共振成像造成的干擾，從而提高磁共振成像質(zhì)量。
【專利說明】磁共振掃描和圖像重建方法及裝置
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及磁共振成像(MRI,Magnetic Resonance Imaging)【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其涉及一種磁共振掃描和圖像重建方法及裝置。
【【背景技術(shù)】】
[0002]在磁共振成像技術(shù)中，磁共振信號(hào)空間稱為K空間，即為傅里葉變換空間，將磁共振掃描采集獲得的磁共振信號(hào)填入到K空間中，將K空間數(shù)據(jù)經(jīng)傅里葉逆變換再取模，即可得到磁共振圖像。
[0003]K空間包括三個(gè)維度:頻率編碼方向、相位編碼方向和層面方向。在K空間中，頻率編碼方向和相位編碼方向組成的平面被稱為層面；層面內(nèi)沿頻率編碼方向的線被稱為相位編碼線。
[0004]在進(jìn)行磁共振掃描時(shí)，發(fā)射一組脈沖序列，可以激發(fā)成像組織內(nèi)的氫核產(chǎn)生磁共振現(xiàn)象并對(duì)其進(jìn)行定位(編碼)，一組脈沖序列產(chǎn)生一個(gè)回波信號(hào)(磁共振信號(hào))并將其填入到K空間相應(yīng)位置的相位編碼線中，也就是說，發(fā)射一組脈沖序列可以獲得K空間中一條相位編碼線數(shù)據(jù)。從開始發(fā)射一組脈沖序列至開始發(fā)射下一組脈沖序列的時(shí)間間隔被稱為重復(fù)時(shí)間(TR)，在現(xiàn)有技術(shù)中，一個(gè)完整的掃描過程需要的時(shí)間為TR*n*s，其中，η為總的層面數(shù)，s為層面內(nèi)相位編碼線的總條數(shù)。
[0005]運(yùn)動(dòng)干擾一直以來是制約磁共振成像質(zhì)量的一個(gè)棘手問題，但是在磁共振掃描過程中，某些部位由于生理原因，無法保持長時(shí)間靜止，例如腹部掃描。
[0006]現(xiàn)有的一種方法是希望病人在整個(gè)磁共振掃描過程(即前文提到的TR*n*m時(shí)間內(nèi))中都保持屏氣，但是對(duì)于病情嚴(yán)重的病人，屏氣是很困難的；并且某些情況下掃描時(shí)間超過了人體能夠保持屏氣的極限，因此這種方法的使用有較大限制。
[0007]當(dāng)前另有一些圖像重建的方法，可以在一定程度上緩解層面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)對(duì)成像造成的干擾，但是這些方法都是針對(duì)層面內(nèi)的，對(duì)于有些部位的掃描，特別是腹部掃描，干擾成像的主要因素是非層面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)(即層面間的運(yùn)動(dòng))，這些方法無能為力。
[0008]因此，需要提出一種新的磁共振掃描和圖像重建方法及其裝置，可以校正層面間的運(yùn)動(dòng)對(duì)磁共振成像造成的干擾，從而提高磁共振成像質(zhì)量。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0009]本發(fā)明解決的是現(xiàn)有的磁共振掃描和圖像重建方法無法緩解或排除層面間的運(yùn)動(dòng)對(duì)成像造成干擾的問題。
[0010]為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種磁共振掃描和圖像重建方法，包括以下步驟:
[0011]I)使病人保持靜止，全采集K空間每一層面的一個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)作為全采集區(qū)域數(shù)據(jù)。
[0012]2)使病人自由呼吸，采集若干層面的自由采集K空間數(shù)據(jù)，所述自由采集K空間數(shù)據(jù)包括若干自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)。
[0013]3)將步驟2)中采集的各層面自由采集K空間數(shù)據(jù)相加作為KO空間數(shù)據(jù)。
[0014]4)將所述步驟I)中采集的全采集區(qū)域數(shù)據(jù)作為該層的初始校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，將所述步驟3)中獲得的KO空間數(shù)據(jù)作為各層的初始K空間數(shù)據(jù)。
[0015]5)利用所述初始校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及初始K空間數(shù)據(jù)，通過迭代計(jì)算獲得最終的各層面的K空間數(shù)據(jù)。
[0016]6)將所述最終的各層面的K空間數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，得到各層面的磁共振圖像。
[0017]可選地，所述步驟5)具體包括以下步驟:
[0018]51)根據(jù)所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算出各層面的合并系數(shù)，根據(jù)所述合并系數(shù)計(jì)算出各層面的K’空間數(shù)據(jù)，以各層面的K’空間中的相位編碼線數(shù)據(jù)為參考，從所述步驟2)中獲得的自由采集K空間數(shù)據(jù)中找到與每一層面相匹配的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)，將與該層面匹配的相位編碼線數(shù)據(jù)組成該層面的K_temp空間；
[0019]52)判斷是否停止迭代計(jì)算，若是，則執(zhí)行所述步驟6)，若否，則執(zhí)行步驟53)；
[0020]53)利用所述心仏!^空間數(shù)據(jù)，計(jì)算出新的合并系數(shù)以及K空間數(shù)據(jù)，將新的合并系數(shù)和K空間數(shù)據(jù)用于下一次的迭代計(jì)算，執(zhí)行步驟51)。
[0021]可選地，步驟51)中，所述以其中的相位編碼線數(shù)據(jù)為參考，從所述步驟2)中獲得的自由采集K空間數(shù)據(jù)中找到與每一層面相匹配的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)，具體可通過以下方法實(shí)現(xiàn):
[0022]固定每一層面的K’空間數(shù)據(jù)，對(duì)于K’空間中的一條K’空間相位編碼線，從自由采集K空間中與其相位編碼位置相同的若干條相位編碼線中找出一條與其最接近的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)，則所述與其最接近的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)與所述該條K’空間相位編碼線所在的層面相匹配。
[0023]可選地，步驟51)中，所述以其中的相位編碼線數(shù)據(jù)為參考，從所述步驟2)中獲得的自由采集K空間數(shù)據(jù)中找到與每一層面相匹配的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)，具體可通過以下方法實(shí)現(xiàn):
[0024]固定每一層面的自由采集K空間數(shù)據(jù)，對(duì)于自由采集K空間中的一條自由采集相位編碼線，從K’空間中與其相位編碼位置相同的若干條相位編碼線中找出一條與其最接近的K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)，則所述該條自由采集K空間相位編碼線數(shù)據(jù)與與其最接近的K’空間相位編碼線所在的層面相匹配。
[0025]可選地，所述最接近具體為兩者之間的標(biāo)準(zhǔn)差最小或相似度最大。
[0026]可選地，所述步驟52)中判斷是否停止迭代計(jì)算具體可通過如下方式實(shí)現(xiàn):
[0027]預(yù)設(shè)迭代次數(shù)，當(dāng)達(dá)到迭代次數(shù)時(shí)，則停止掃描。
[0028]可選地，所述步驟52)中判斷是否停止迭代計(jì)算具體可通過如下方式實(shí)現(xiàn):
[0029]預(yù)設(shè)兩次迭代的K空間數(shù)據(jù)的差值的閾值，當(dāng)該次迭代獲得的K空間數(shù)據(jù)和上一次迭代獲得的K空間數(shù)據(jù)的差值小于所述閾值，則停止迭代。
[0030]可選地，所述步驟53)中計(jì)算出新的合并系數(shù)的方法具體為:
[0031]搜索全采集區(qū)域臨近位置處的K空間相位編碼線，尋找與K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)的相似度優(yōu)于閾值的K空間相位編碼線數(shù)據(jù)加入原來的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)作為新的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，根據(jù)所述新的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算新的合并系數(shù)。
[0032]可選地，所述步驟53)中計(jì)算出新的K空間數(shù)據(jù)的方法具體為:
[0033]尋找與K空間相位編碼線數(shù)據(jù)的相似度優(yōu)于閾值的K_temp空間相位編碼線數(shù)據(jù)替代原來K空間相應(yīng)位置的相位編碼線數(shù)據(jù)作為新的K空間數(shù)據(jù)。
[0034]可選地，所述步驟I)中，采集每一層面K空間的中間區(qū)域數(shù)據(jù)作為全采集區(qū)域。
[0035]可選地，所述步驟2)中，實(shí)際采集的自由采集K空間數(shù)據(jù)的層面數(shù)大于該掃描區(qū)域內(nèi)預(yù)設(shè)的層面數(shù)。
[0036]本發(fā)明還提出一種磁共振掃描和圖像重建裝置，包括:
[0037]采集單元，用于采集全采集區(qū)域數(shù)據(jù)以及自由采集K空間數(shù)據(jù)；
[0038]初始值計(jì)算單元，與所述采集單元相連，用于獲得迭代計(jì)算的初始值；
[0039]迭代計(jì)算單元，與所述初始值計(jì)算單元相連，用于迭代計(jì)算獲得最終的各層面的K空間數(shù)據(jù)；
[0040]轉(zhuǎn)換單元，與所述迭代計(jì)算單元相連，用于將所述最終的各層面的K空間數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，得到各層面的磁共振圖像。
[0041]本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果:通過迭代計(jì)算可以從自由采集(可以呼吸)獲得的自由采集相位編碼線混疊而成的KO空間數(shù)據(jù)中分離出各個(gè)層面對(duì)應(yīng)的相位編碼線數(shù)據(jù)，獲得一個(gè)最終的各層面的K空間數(shù)據(jù)，并將其重建成各層面的磁共振圖像，從而校正層面間的運(yùn)動(dòng)對(duì)磁共振成像造成的干擾，提高磁共振成像質(zhì)量。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0042]圖1是本發(fā)明的磁共振掃描和圖像重建方法的流程圖；
[0043]圖2是本發(fā)明的磁共振掃描和圖像重建方法中迭代過程的示意圖；
[0044]圖3是本發(fā)明的磁共振掃描和圖像重建裝置的示意圖；
[0045]圖4是本發(fā)明的可行性實(shí)驗(yàn)的示意圖；
[0046]圖5是可行性實(shí)驗(yàn)中通過本發(fā)明的方法分離得到的正確的相位編碼線的個(gè)數(shù)與迭代次數(shù)的關(guān)系。
【【具體實(shí)施方式】】
[0047]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。
[0048]圖1是本發(fā)明的磁共振掃描和圖像重建方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，如圖1所示，本實(shí)施例的磁共振掃描和圖像重建方法包括以下步驟:
[0049]執(zhí)行步驟SOl，使病人保持靜止，全采集K空間每一層面的一個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)作為全采集區(qū)域數(shù)據(jù)。
[0050]優(yōu)選的，對(duì)每一層面K空間的中間區(qū)域進(jìn)行全采集，使K空間的中間區(qū)域?yàn)槿杉瘏^(qū)域。
[0051]執(zhí)行步驟SOl的過程被稱為屏氣采集(掃描)階段，在此階段的掃描過程中，由于只需要全采集層面內(nèi)的幾條相位編碼線(一般情況下，需要采集的條數(shù)遠(yuǎn)小于層面內(nèi)總的相位編碼線的條數(shù))，掃描的時(shí)間很短，病人只要在這很短的時(shí)間內(nèi)保持屏氣即可；或者可以采用某種快速序列，例如fse序列進(jìn)行掃描，這些快速序列的重復(fù)時(shí)間(TR)極短，使用這些快速序列可以在極短的時(shí)間內(nèi)采集獲得需要的全采集區(qū)域數(shù)據(jù)，在這段極短的時(shí)間內(nèi)，病人的運(yùn)動(dòng)可忽略不計(jì)?？傊谄翚獠杉A段，采集獲得的全采集區(qū)域數(shù)據(jù)可以視為不受到運(yùn)動(dòng)干擾。
[0052]執(zhí)行步驟S02，使病人自由呼吸，采集若干層面的自由采集K空間數(shù)據(jù)，所述自由采集K空間數(shù)據(jù)包括若干自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)。
[0053]將所述自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)記為Dmj，其中，m為自由采集的層面標(biāo)號(hào)，I ^m^N,N為在步驟S02中實(shí)際采集的層面數(shù)；
[0054]優(yōu)選地，Ν^η, η為該掃描區(qū)域內(nèi)預(yù)設(shè)的層面數(shù)(即進(jìn)行磁共振掃描的區(qū)域內(nèi)實(shí)際包含的層面數(shù))，也就是說在執(zhí)行步驟S02的掃描過程中，最好能實(shí)際采集多于掃描區(qū)域內(nèi)預(yù)設(shè)的層面數(shù)的自由采集K空間數(shù)據(jù)，這樣就可以有更多的數(shù)據(jù)為后續(xù)計(jì)算過程中選擇使用，以提高準(zhǔn)確度為相位編碼線的編號(hào)，代表第j條相位編碼線；Dmj代表在步驟S02的自由采集過程中，被標(biāo)記為第m個(gè)層面中第j條自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)。
[0055]需要注意的是，采集的這條自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)雖然被標(biāo)記為第m個(gè)層面中第j條自由采集相位編碼線，但是由于在步驟S02中病人不需要保持靜止，所以該條自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)并不一定實(shí)際是第m個(gè)層面中第j條相位編碼線數(shù)據(jù)。例如，由于病人的呼吸產(chǎn)生的移動(dòng)，在采集該條自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)時(shí)，第m-Ι個(gè)層面移動(dòng)到原本第m個(gè)層面的位置，那么采集的這條被標(biāo)記為Dmj的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)實(shí)際上是第m-1個(gè)層面中第j條相位編碼線數(shù)據(jù)。本發(fā)明的一個(gè)重要構(gòu)思就是:通過下文所述的計(jì)算過程(步驟S03?S05)，將本步驟中獲得的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，使其置于正確的層面上(即將初始標(biāo)記為Dmj的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)置于第m-Ι個(gè)層面中第j條相位編碼線的位置上)，再重建成磁共振圖像，從而校正層面間的運(yùn)動(dòng)對(duì)磁共振成像造成的干擾。
[0056]執(zhí)行步驟S02的過程被稱為自由采集(掃描)階段，在此階段的掃描過程中，病人可以自由呼吸。
[0057]執(zhí)行步驟S03，將步驟S02中采集的各層面自由采集K空間數(shù)據(jù)相加作為KO空間數(shù)據(jù)。
[0058]具體地是將自由采集K空間中相位編碼的編號(hào)相同的自由采集相位編碼數(shù)據(jù)全部相加作為KO空間中相應(yīng)相位編碼位置的數(shù)據(jù)。
[0059]執(zhí)行步驟S04，將所述步驟SOl中采集的全采集區(qū)域數(shù)據(jù)作為該層的初始校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，將所述步驟S03中獲得的KO空間數(shù)據(jù)作為各層的初始K空間數(shù)據(jù)。
[0060]將所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)記為Ai，其中，i為層面編號(hào)，Ai代表第i個(gè)層面的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
[0061]在初始時(shí)刻，所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)Ai為步驟SOl中采集的各層面的全采集區(qū)域數(shù)據(jù)。
[0062]利用所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，可以計(jì)算獲得各層面的合并系數(shù)Ci。
[0063]具體地，所述合并系數(shù)可通過如下公式獲得:
[0064]X = CiAi (I)
[0065]其中，X為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中的一條相位編碼線數(shù)據(jù)，Ai為第i個(gè)層面的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，Ci為第i個(gè)層面的合并系數(shù)。
[0066]即合并系數(shù)Ci為該層面內(nèi)通過全部校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)其中一條相位編碼線數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合計(jì)算獲得的系數(shù)的集合。
[0067]在初始時(shí)刻，將各層面的K空間數(shù)據(jù)Ki都設(shè)定為K0，其中i為層面編號(hào)，Ki代表第i個(gè)層面的K空間數(shù)據(jù)。
[0068]關(guān)于具體是如何計(jì)算獲得合并系數(shù)Ci的，在后文中會(huì)做詳細(xì)說明。
[0069]執(zhí)行步驟S05，利用所述初始校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及初始K空間數(shù)據(jù)，通過迭代計(jì)算獲得最終的K空間數(shù)據(jù)。
[0070]具體可通過如下的子步驟實(shí)現(xiàn):
[0071]執(zhí)行步驟S051，根據(jù)所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算出合并系數(shù)，根據(jù)所述合并系數(shù)算出K’空間數(shù)據(jù)，以其中的相位編碼線數(shù)據(jù)為參考，從所述步驟2)中獲得的自由采集K空間數(shù)據(jù)中找到與每一層面相匹配的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)，將所述匹配的相位編碼線數(shù)據(jù)組成該層面的K_temp空間。
[0072]如前所述，在迭代的初始時(shí)刻，所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)Ai為步驟SOl中采集的各層面的全采集區(qū)域數(shù)據(jù)；將各層面的K空間數(shù)據(jù)Ki都為K0，其中i為層面編號(hào)。
[0073]下面對(duì)計(jì)算合并系數(shù)以及利用合并系數(shù)計(jì)算獲得新的K’空間數(shù)據(jù)的原理和過程做具體說明:
[0074]圖2是本發(fā)明的磁共振掃描和圖像重建方法的迭代過程的示意圖，如圖2所示，以一個(gè)層面為例進(jìn)行說明。
[0075]000表示的是K空間中的一個(gè)層面Ki的數(shù)據(jù)，其中i為層面編號(hào)，001表示K’空間中的一個(gè)層面Ki’的數(shù)據(jù)；在燈空間中，101，102，103三條相位編碼數(shù)據(jù)是該次迭代計(jì)算的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)(初始時(shí)刻，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)設(shè)為屏氣采集的全采集區(qū)域)，根據(jù)該層面的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，可以計(jì)算得出該層面的合并系數(shù)Ci，具體地，該層面的合并系數(shù)Ci可以視為通過相位編碼線數(shù)據(jù)101和102進(jìn)行擬合計(jì)算得到相位編碼線數(shù)據(jù)103的關(guān)系式，即圖中箭頭104，105所指的關(guān)系。
[0076]利用前面計(jì)算獲得的合并系數(shù)Ci，可以通過Ki空間數(shù)據(jù)計(jì)算獲得Ki’空間數(shù)據(jù)。如前文所述，合并系數(shù)Ci可以視為通過相位編碼線數(shù)據(jù)101和102進(jìn)行擬合計(jì)算得到相位編碼線數(shù)據(jù)103的關(guān)系式，現(xiàn)在合并系數(shù)Ci已知，Ki空間中的相位編碼線數(shù)據(jù)201、202也已知，通過同樣的擬合計(jì)算關(guān)系，可以根據(jù)合并系數(shù)Ci以及Ki空間中已知的相位編碼線數(shù)據(jù)201、202得到Ki’空間中的相位編碼線數(shù)據(jù)203 ;同樣地，可以根據(jù)Ki空間中的已知的相位編碼線數(shù)據(jù)301、302以及合并系數(shù)Ci得到Ki’空間中的相位編碼線數(shù)據(jù)303。通過上述方法可以計(jì)算獲得Ki’空間中的每一條相位編碼線數(shù)據(jù)，從而得到Ki’空間數(shù)據(jù)。
[0077]所述從自由采集階段采集的K空間數(shù)據(jù)中找到與該層面匹配的相位編碼線數(shù)據(jù)Dmj具體可以由以下兩種方法之一或者其結(jié)合實(shí)現(xiàn):
[0078]方法W11，固定每一層面的K’空間數(shù)據(jù)，對(duì)于K’空間中的一條K’空間相位編碼線Ki j ’，從自由采集K空間中與其相位編碼位置相同的若干條相位編碼線D1J?DNj中找出一條與其最接近的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)Dmj，則所述與其最接近的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)Dmj與所述該條K’空間相位編碼線Ki j’所在的層面(第i個(gè)層面)相匹配。
[0079]將所述與該層面匹配的相位編碼線數(shù)據(jù)組成該層面的K_temp空間，例如，自由采集K空間中相位編碼線數(shù)據(jù)Dmj與第i個(gè)層面相匹配，則將其填入第i個(gè)層面的K_temp空間中。
[0080]方法W12，固定每一層面的自由采集K空間數(shù)據(jù)，對(duì)于自由采集K空間中的一條自由采集相位編碼線Dmj，從K’空間中與其相位編碼位置相同的若干條相位編碼線K1Y?KNj’中找出一條與其最接近的K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)Ki j’，則所述該條自由采集K空間相位編碼線數(shù)據(jù)Dmj與與其最接近的K’空間相位編碼線Ki j’所在的層面(第i個(gè)層面)相匹配。
[0081]在具體實(shí)施中，可以通過但不限于上述方法(Wll，W12)之一或其結(jié)合尋找與各個(gè)層面匹配的相位編碼線，本發(fā)明對(duì)此不作限制。
[0082]在步驟S051中提到的“最接近”具體可以為兩者之間的標(biāo)準(zhǔn)差最小，或者兩者之間的相似度(correlat1n)最大。
[0083]具體地，所述兩者之間的標(biāo)準(zhǔn)差最小，可通過如下公式獲得:
[0084]mi η Σ3 Σ^(χ”—y『)2⑵
[0085]其中,yf為自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)，Xij為K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)，i為讀出方向的序號(hào)，j為通道序號(hào)，RO為讀出方向數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，CH為總的通道數(shù)，m為自由采集相位編碼線的層面序號(hào)，滿足如上公式尋找最接近的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)或最接近的K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)。
[0086]所述兩者之間的相似度最大，可通過如下公式獲得:
Iffi 1,? Xjjylj1m
Γηποτ? ΙΤ?ΒΧ~ρj--C3 /
IyRO γ€ΗyRO yCH fvm \

^jZi=I 2,j=iVxijj ^L\=iLj=i\yi] J
[0088]其中，yf1為自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)，Xij為K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)，i為讀出方向的序號(hào)，j為通道序號(hào)，RO為讀出方向數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，CH為總的通道數(shù)，m為自由采集相位編碼線的層面序號(hào)，滿足如上公式尋找最接近的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)或最接近的K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)。
[0089]執(zhí)行步驟S052，判斷是否終止迭代計(jì)算，若是，則執(zhí)行步驟S06 ;若否，則執(zhí)行步驟S053。
[0090]判斷是否終止迭代計(jì)算的方法可以有以下兩種:
[0091]方法W21，預(yù)設(shè)迭代次數(shù)，當(dāng)達(dá)到迭代次數(shù)時(shí)，則停止迭代；
[0092]方法W22，預(yù)設(shè)閾值，當(dāng)該次迭代獲得的K空間的所有數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)和上一次迭代獲得的K空間相同位置的數(shù)據(jù)的差值的絕對(duì)值的和小于所述閾值，則停止迭代。
[0093]具體地，所述閾值可以為第一次迭代獲得的K空間的所有數(shù)據(jù)和KO空間相同位置的數(shù)據(jù)的差值的絕對(duì)值之和的50%。
[0094]在具體實(shí)施中，可以通過但不限于上述方法(W21，W22)之一或者其中幾種的結(jié)合判斷是否終止迭代計(jì)算，本發(fā)明對(duì)此不作限制。
[0095]執(zhí)行步驟S053，利用所述心仏!!!？空間數(shù)據(jù)，計(jì)算出新的合并系數(shù)以及K空間數(shù)據(jù)，將新的合并系數(shù)和K空間數(shù)據(jù)用于下一次的迭代計(jì)算，回到步驟51)。
[0096]對(duì)于各層面合并系數(shù)Ci的更新，具體可通過如下方式獲得:利用某種衡量標(biāo)準(zhǔn)，如標(biāo)準(zhǔn)差或者相似度(correlat1n)，預(yù)先設(shè)定某個(gè)閾值，搜索全采集區(qū)域臨近位置處的K空間相位編碼線(例如搜索全采集區(qū)域左右各8條相位編碼先數(shù)據(jù))，尋找與K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)Ki j’的相似度優(yōu)于閾值的K空間相位編碼線數(shù)據(jù)Kij加入原來的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)Ai作為新的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，根據(jù)所述新的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算新的合并系數(shù)Ci。
[0097]對(duì)于K空間數(shù)據(jù)Ki的更新，具體可通過如下方式獲得:尋找與K空間相位編碼線數(shù)據(jù)Kij的相似度優(yōu)于閾值的K_temp空間相位編碼線數(shù)據(jù)替代原來K空間相應(yīng)位置的相位編碼線數(shù)據(jù)作為新的K空間數(shù)據(jù)。
[0098]執(zhí)行步驟S06，將通過迭代計(jì)算最終得到的K空間數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，得到磁共振圖像。
[0099]具體地，可以將所述K空間數(shù)據(jù)各層面的數(shù)據(jù)Ki進(jìn)行從K空間域轉(zhuǎn)換至圖像域的傅里葉逆變換，得到各層面的磁共振圖像。
[0100]圖3是本發(fā)明的磁共振掃描和圖像重建裝置的示意圖，如圖3所示，所述磁共振掃描和圖像重建裝置400包括:
[0101]采集單元401，用于采集全采集區(qū)域數(shù)據(jù)以及自由采集K空間數(shù)據(jù)；
[0102]初始值計(jì)算單元402，與所述采集單元相連401，用于獲得迭代計(jì)算的初始值；
[0103]迭代計(jì)算單元403，與所述初始值計(jì)算單元相連402，用于迭代計(jì)算獲得最終的各層面的K空間數(shù)據(jù)；
[0104]轉(zhuǎn)換單元404，與所述迭代計(jì)算單元405相連，用于將所述最終的各層面的K空間數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，得到各層面的磁共振圖像。
[0105]為了說明本發(fā)明提出的磁共振掃描和圖像重建方法的可行性，進(jìn)行了如下的實(shí)驗(yàn)。
[0106]圖4是本發(fā)明的可行性實(shí)驗(yàn)的示意圖，其中，圖4(d)和圖4(e)為現(xiàn)有技術(shù)中保持病人嚴(yán)格屏氣標(biāo)準(zhǔn)采集獲得的數(shù)據(jù)直接重建而成的圖像，在本實(shí)驗(yàn)中共采集兩個(gè)層面的數(shù)據(jù)重建成兩個(gè)層面的圖像，分別為SI和S2，圖4(d)層面SI的圖像，圖4(e)為層面S2的圖像。
[0107]將標(biāo)準(zhǔn)采集獲得的兩個(gè)層面的數(shù)據(jù)通過步驟S03的方法進(jìn)行混疊，混疊后的數(shù)據(jù)為KO空間數(shù)據(jù)，將KO空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換重建出的圖像如圖4(a)所示，此時(shí)已經(jīng)無法區(qū)分采集獲得的所有相位編碼數(shù)據(jù)線屬于哪一個(gè)層面，通過本發(fā)明提出的迭代計(jì)算方法從混疊后獲得的KO分離出SI和S2層面的相位編碼線，即將所述相位編碼線數(shù)據(jù)從混疊的數(shù)據(jù)中分離出來，并盡量使其處于正確的層面上，通過本發(fā)明的方法分離得到的兩個(gè)層面的圖像分別為圖4(b)和圖4(c)。如圖4所示，經(jīng)過本發(fā)明的方法獲得的圖像與病人在整個(gè)掃描過程中保持嚴(yán)格屏氣獲得的圖像幾乎無差別
[0108]圖5是本實(shí)驗(yàn)中分離得到的正確的相位編碼線的個(gè)數(shù)與迭代次數(shù)的關(guān)系，將嚴(yán)格屏氣標(biāo)準(zhǔn)采集的K空間數(shù)據(jù)中的相位編碼線所在的層面視為正確的，將混疊后再分離獲得的各層面的相位編碼線數(shù)據(jù)與其相比，得到相位編碼線經(jīng)過分離是否處于正確的層面上。
[0109]如圖5所示，在該次實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)層面內(nèi)相位編碼線的條數(shù)總共為448條；進(jìn)行5次迭代計(jì)算后，有440條相位編碼線處于正確的層面上，8條相位編碼線分離錯(cuò)誤，處于錯(cuò)誤的層面上；進(jìn)行10次迭代計(jì)算后，有442條相位編碼線處于正確的層面上，6條相位編碼線分離錯(cuò)誤。
[0110]圖5表明經(jīng)過了數(shù)次迭代后，大多數(shù)相位編碼線數(shù)據(jù)置于正確的層面上，從而能夠排除層面間的運(yùn)動(dòng)對(duì)磁共振成像造成的干擾，并且迭代次數(shù)與正確的相位編碼線條數(shù)正向相關(guān)，因此能夠?qū)⒌螖?shù)作為判斷是否終止迭代的依據(jù)。
[0111]上述實(shí)驗(yàn)表明，使用本發(fā)明的方法，可以將自由采集(掃描過程中可以自由呼吸)獲得的大多數(shù)相位編碼線數(shù)據(jù)通過迭代計(jì)算分離將其置于正確的層面上，從而排除層面間的運(yùn)動(dòng)對(duì)磁共振成像造成的干擾；在本方法的掃描過程中，病人在自由采集階段不需要保持屏氣，并且經(jīng)過本發(fā)明的方法獲得的圖像與病人在整個(gè)掃描過程中保持屏氣獲得的圖像幾乎無差別，從而可以在不降低磁共振成像質(zhì)量的同時(shí)提高病人在掃描過程中的舒適度。
[0112]本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動(dòng)和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種磁共振掃描和圖像重建方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)使病人保持靜止，全采集K空間每一層面的一個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)作為全采集區(qū)域數(shù)據(jù)。 2)使病人自由呼吸,采集若干層面的自由采集K空間數(shù)據(jù)，所述自由采集K空間數(shù)據(jù)包括若干自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)。 3)將步驟2)中采集的各層面自由采集K空間數(shù)據(jù)相加作為KO空間數(shù)據(jù)。 4)將所述步驟I)中采集的全采集區(qū)域數(shù)據(jù)作為該層的初始校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，將所述步驟3)中獲得的KO空間數(shù)據(jù)作為各層的初始K空間數(shù)據(jù)。 5)利用所述初始校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及初始K空間數(shù)據(jù)，通過迭代計(jì)算獲得最終的各層面的K空間數(shù)據(jù)。 6)將所述最終的各層面的K空間數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，得到各層面的磁共振圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的磁共振掃描和圖像重建方法，其特征在于，所述步驟5)具體包括以下步驟: 51)根據(jù)所述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算出各層面的合并系數(shù)，根據(jù)所述合并系數(shù)計(jì)算出各層面的K’空間數(shù)據(jù)，以各層面的K’空間中的相位編碼線數(shù)據(jù)為參考，從所述步驟2)中獲得的自由采集K空間數(shù)據(jù)中找到與每一層面相匹配的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)，將與該層面匹配的相位編碼線數(shù)據(jù)組成該層面的K_temp空間； 52)判斷是否停止迭代計(jì)算，若是，則執(zhí)行所述步驟6)，若否，則執(zhí)行步驟53)； 53)利用所述心仏!!!？空間數(shù)據(jù)，計(jì)算出新的合并系數(shù)以及K空間數(shù)據(jù)，將新的合并系數(shù)和K空間數(shù)據(jù)用于下一次的迭代計(jì)算，執(zhí)行步驟51)。
3.如權(quán)利要求2所述的磁共振掃描和圖像重建方法，其特征在于，所述合并系數(shù)可通過如下公式獲得:
X = CiAi 其中，X為校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中的一條相位編碼線數(shù)據(jù)，Ai為第i個(gè)層面的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，Ci為第i個(gè)層面的合并系數(shù)。
4.如權(quán)利要求2所述的磁共振掃描和圖像重建方法，其特征在于，步驟51)中，所述以其中的相位編碼線數(shù)據(jù)為參考，從所述步驟2)中獲得的自由采集K空間數(shù)據(jù)中找到與每一層面相匹配的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)，具體可通過如下方法實(shí)現(xiàn): 固定每一層面的K’空間數(shù)據(jù)，對(duì)于K’空間中的一條K’空間相位編碼線，從自由采集K空間中與其相位編碼位置相同的若干條相位編碼線中找出一條與該條K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)最接近的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)，則所述最接近的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)與所述該條K’空間相位編碼線所在的層面相匹配。
5.如權(quán)利要求2所述的磁共振掃描和圖像重建方法，其特征在于，步驟51)中，所述以其中的相位編碼線數(shù)據(jù)為參考，從所述步驟2)中獲得的自由采集K空間數(shù)據(jù)中找到與每一層面相匹配的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)，具體可通過以下方法實(shí)現(xiàn): 固定每一層面的自由采集K空間數(shù)據(jù)，對(duì)于自由采集K空間中的一條自由采集相位編碼線，從K’空間中與其相位編碼位置相同的若干條相位編碼線中找出一條與該條自由采集相位編碼線最接近的K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)，則所述該條自由采集K空間相位編碼線數(shù)據(jù)與與其最接近的K’空間相位編碼線所在的層面相匹配。
6.如權(quán)利要求4或5所述的磁共振掃描和圖像重建方法，其特征在于，所述從自由采集K空間中與其相位編碼位置相同的若干條相位編碼線中找出一條與該條K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)最接近的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)或者所述從K’空間中與其相位編碼位置相同的若干條相位編碼線中找出一條與該條自由采集K空間數(shù)據(jù)最接近的K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)具體可通過如下公式獲得:
其中,yf為自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)，Xij為K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)，i為讀出方向的序號(hào)，j為通道序號(hào)，RO為讀出方向數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，CH為總的通道數(shù)，m為自由采集相位編碼線的層面序號(hào)，滿足如上公式尋找最接近的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)或最接近的K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求4或5所述的磁共振掃描和圖像重建方法，其特征在于，所述從自由采集K空間中與其相位編碼位置相同的若干條相位編碼線中找出一條與該條K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)最接近的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)或者所述從K’空間中與其相位編碼位置相同的若干條相位編碼線中找出一條與該條自由采集K空間數(shù)據(jù)最接近的K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)具體可通過如下公式獲得:
其中y!；1力自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)，Xij為K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)，i為讀出方向的序號(hào)，j為通道序號(hào)，RO為讀出方向數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，CH為總的通道數(shù)，m為自由采集相位編碼線的層面序號(hào)，滿足如上公式尋找最接近的自由采集相位編碼線數(shù)據(jù)或最接近的K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求2所述的磁共振掃描和圖像重建方法，其特征在于，所述步驟52)中判斷是否停止迭代計(jì)算具體可通過如下方式實(shí)現(xiàn):預(yù)設(shè)迭代次數(shù)，當(dāng)達(dá)到迭代次數(shù)時(shí)，則停止迭代。
9.如權(quán)利要求2所述的磁共振掃描和圖像重建方法，其特征在于，所述步驟52)中判斷是否停止迭代計(jì)算具體可通過如下方式實(shí)現(xiàn):預(yù)設(shè)閾值，當(dāng)該次迭代獲得的K空間的所有數(shù)據(jù)和上一次迭代獲得的K空間相同位置的數(shù)據(jù)的差值的絕對(duì)值之和小于所述閾值，則停止迭代。
10.如權(quán)利要求9所述的磁共振掃描和圖像重建方法，其特征在于，所述閾值為第一次迭代獲得的K空間的所有數(shù)據(jù)和KO空間相同位置的數(shù)據(jù)的差值的絕對(duì)值之和的50%。
11.如權(quán)利要求2所述的磁共振掃描和圖像重建方法，其特征在于，所述步驟53)中計(jì)算出新的合并系數(shù)的方法具體為: 搜索全采集區(qū)域臨近位置處的K空間相位編碼線，尋找與K’空間相位編碼線數(shù)據(jù)的相似度優(yōu)于閾值的K空間相位編碼線數(shù)據(jù)加入原來的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)作為新的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，根據(jù)所述新的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算新的合并系數(shù)。
12.如權(quán)利要求2所述的磁共振掃描和圖像重建方法，其特征在于，所述步驟53)中計(jì)算出新的K空間數(shù)據(jù)的方法具體為: 尋找與K空間相位編碼線數(shù)據(jù)的相似度優(yōu)于閾值的K_temp空間相位編碼線數(shù)據(jù)替代原來K空間相應(yīng)位置的相位編碼線數(shù)據(jù)作為新的K空間數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求1所述的磁共振掃描和圖像重建方法，其特征在于，所述步驟I)中，全采集每一層面K空間的中間區(qū)域數(shù)據(jù)作為全采集區(qū)域。
14.如權(quán)利要求1所述的磁共振掃描和圖像重建方法，其特征在于，所述步驟2)中，實(shí)際采集的自由采集K空間數(shù)據(jù)的層面數(shù)大于該掃描區(qū)域內(nèi)預(yù)設(shè)的層面數(shù)。
15.一種磁共振掃描和圖像重建裝置，其特征在于，包括: 采集單元，用于采集全采集區(qū)域數(shù)據(jù)以及自由采集K空間數(shù)據(jù)； 初始值計(jì)算單元，與所述采集單元相連，用于獲得迭代計(jì)算的初始值； 迭代計(jì)算單元，與所述初始值計(jì)算單元相連，用于迭代計(jì)算獲得最終的各層面的K空間數(shù)據(jù)； 轉(zhuǎn)換單元，與所述迭代計(jì)算單元相連，用于將所述最終的各層面的K空間數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，得到各層面的磁共振圖像。
【文檔編號(hào)】A61B5/055GK104181485SQ201310280196
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月4日
【發(fā)明者】翟人寬 申請(qǐng)人:上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司